山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 等离子熔覆Fe+Ti+B4C涂层体系的研究学 院 名 称 材料科学与工程学院 专业班级 金属材料工程2008级3班 学生姓名 周保成 学 号 200801130539 指 导 教 师 崔洪芝 宋 强 填表时间： 2012 年 4 月2 日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文）题目等离子熔覆Fe+Ti+B4C涂层体系的研究设计（论文）类型（划“”）工程实际科研项目实验室建设理论研究其它 一、本课题的研究目的和意义煤炭是我省工业生产的主要能源之一。如何有效地提高我省煤炭机械的使用寿命，减少由磨损带来的直接和间接经济损失，是煤炭生产中有待急需解决的问题。为了提高中部槽抗磨损性能，目前，国内外采用的方法有激光熔覆、氩弧熔覆、堆焊、渗硼、喷焊等。这些方法能在一定程度上提高中部槽的耐磨损性能，但存在操作复杂，成本高等缺点，在推广应用方面受到一定限制。采用等离子熔覆技术在普通钢表面制备原位自生颗粒增强金属基复合涂层，该方法设备简单，成本低廉，容易控制，具有广阔的应用前景。金属基复合材料既具有金属材料本身的良好强韧性，又具有陶瓷材料的高硬度、高耐磨性，因此成为最有前途的耐磨材料。通常金属基复合材料中陶瓷相的引入方法有两种，一种是陶瓷相直接加入，另一种是陶瓷相在基体中原位合成。前者会存在陶瓷颗粒与基体的界面问题，如陶瓷相与基体润湿不良，存在界面污染和界面反应，形成脆性相等，导致熔覆层在摩擦磨损过程中，产生裂纹、脱落等缺陷；采用原位合成法制备的金属基复合材料，具有增强相热力学稳定，尺寸细小，分布均匀，界面洁净，与基体结合良好等特点，被视为解决界面问题的有效方法。本课题研究的目的是利用等离子熔覆技术，在不同的电流（50A、60A与70A）的条件下把涂覆在Q235钢表面的合金粉末（Ti、B4C和Fe）混合物熔化，原位合成TiC-TiB2/Fe基复合涂层。2、 本课题的主要研究内容（提纲）1、采用自制等离子熔覆设备，通入不同电流（50A、60A与70A），在Q235钢表面熔覆Fe、Ti和B4C混合粉末原位合成TiC-TiB2/Fe基复合涂层；2、采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM)、电子探针（EPMA)和光学显微镜分析涂层的组成成分和组织。3、采用显微硬度计和滑动磨损试验机测定显微硬度和磨损数据，分析耐磨性的变化情况。 本文研究的技术路线示意图如图(1)所示。 图(1) 技术路线示意图三、文献综述（国内外研究情况及其发展）表面技术是表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程技术。表面熔覆的方法有很多，目前，多利用激光或等离子加热的方法熔覆预置在基体上的合金粉末，制备与基体结合好、性能优异的熔覆层，并被广泛的应用在矿山机械的制造当中。激光表面熔覆是通过高能流密度的激光束扫描照射在预覆层表面，形成与基体材料不同的具有某种特定性能（如耐蚀、耐磨、抗高温）的熔覆层。激光熔覆在表面强化技术中得到广泛重视，国内外已先后开展了在碳钢、钛基金属、不锈钢、铸铁、铝合金及特殊合金上用钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相进行激光熔覆的研究。激光熔覆工艺绝大多数采用粉末预置方式，其主要特点有：激光束对基体表面作用时间很短，基体的变形较小；熔覆层的微观组织结构缺陷少且致密、均匀。但其最大的缺点是在熔覆层表面及内部易产生层内应力和裂纹，且不易消除；设备昂贵，成本高。氧乙炔火焰喷涂是将乙炔和氧气按一定比例混合燃烧作为热源，喷涂粉末被径向送入到氧乙炔火焰后，立即处于熔融状态，并随火焰流喷射在零件表面。主要特点是设备轻便简单，且成本低。焰心温度最高可达3000，主要应用于机械零部件的喷涂沉积。由于其多为氧化焰气氛，故所形成的覆层组织多气孔和氧化杂质，呈明显的层状结构，对于性能要求较高的覆层在使用时要多加考虑。此外，喷出的熔滴大小不一，涂层结构组织均匀性也非常差。电火花熔覆是对基体表面采用高密度电能量为热源进行熔覆的一种方法，它是将电极材料（多使用金属基陶瓷WC和TiC材料）通过电极间的火花放电熔渗到基体工件表面从而获得合金化层。与等离子喷涂和激光熔覆等表面处理工艺相比，电火花表面熔覆特点有：（1）设备简单、成本低、使用方便；（2）熔覆层与基体有较强的结合力，不易发生脱落；（3）基体内部受升温影响小，组织和性能变化小；（4）处理的工件无尺寸限制。但其缺点也较明显：（1）表面熔覆层较薄，且表面粗糙度高，故其防护能力有限；（2）熔覆层表面连续性差，组织内部均匀性也较差；（3）生产率低，一般需手工操作，且速度慢。氩弧熔覆技术是以钨极和基体之间产生的电弧为热源，在氩气的保护下，对基体表面涂覆的合金粉末熔融并发生冶金反应而紧密结合在一起。氩弧熔覆的特点：(1) 熔覆质量高；（2) 电弧热量集中；(3) 电弧稳定；(4) 操作技术容易且便于实现自动化。与其它熔覆方法相比，其缺点是生产率低、熔深浅；熔覆层内可能夹钨。堆焊技术就是采用焊接方法如手工电弧焊、宽带极堆焊等在金属表面熔敷一层具有特殊性能的堆焊层。堆焊强化的主要机理就是堆焊层的合金化，通过具有特殊组分的焊接材料如焊芯、药皮、宽带极等在电弧熔化过程中过渡到堆焊熔敷金属中，使堆焊层的性能得到明显改善。堆焊技术的工艺简单，利用普通电弧焊设备，使用灵活，适应多种现场操作的场合，在零件修复、轧辊焊补、耐磨部件堆焊强化等方面得到广泛应用但是，由于堆焊技术采用焊接材料过渡合金元素，过渡系数低，熔敷层中的合金元素含量少，不能形成较高分数的增强相，增强效果不突出，这个工艺特点使堆焊技术适合在零部件快速修复中使用，而限制了其在制造领域的应用。等离子熔覆是一种新兴的表面改性技术,在等离子束作用下,在合金基体上添加与其成分不同的粉末,经等离子束辐射,添加材料和基体表面极薄层同时熔化,快速凝固后在基体表面形成冶金结合的功能涂层。可在普通金属材料表面制备与基体呈冶金结合的表面功能涂层,从而显著改善基体材料的耐磨、耐蚀、耐热等性能。四、拟解决的关键问题1、等离子熔覆电流对熔覆涂层的影响。2、等离子熔覆后耐磨性的变化。五、研究思路和方法1、矿山机械的失效形式分析，统计因磨损造成的机械失效所占比例。2、探讨国内爱表面处理技术发展现状，对比不同方法之间的优缺点。3、分析不同的增强相之间的联系与区别，选择合适的增强相，选择合适的原材料。4、在不同的电流下，对所选取的原材料在Q235钢基体上，选择合适的工艺参数，对其进行熔覆。5、制备XRD试样、金相试样及磨损试样。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM)、电子探针（EPMA)和光学显微镜分析涂层的组成成分和组织；采用显微硬度计和滑动磨损试验机测定显微硬度和磨损数据，分析耐磨性的变化情况。6、对实验数据进行分析，得出实验结论。六、本课题的进度安排第12周：毕业实习，提交实习报告。第34周：确定论文题目，调研，查阅相关文献资料。第5周：结合前面的资料查询，在分析总结的基础上，写出开题报告，并进一步讨论实验方案，完成开题。第67周：样品准备，进行工艺实验：包括粉末体系的设计，等离子熔覆工艺参数设计，试样腐蚀剂的配制方案等。第813周：样品制备、组织结构观察和性能分析：包括制备金相样品进行组织观察，利用扫描电镜观察涂层和基体，利用XRD和EPMA进行物相分析，利用维氏下显微硬度基测量试样的硬度分布曲线，进行磨损实验。第1415周：完成毕业论文：根据所得实验结果，运用已学专业知识及有关知识，在综合分析的基础上写出一篇有一定创新性的学士论文。同时翻译一篇课题相关的英文文献。第16周：制作PPT，准备毕业论文答辩。七、参考文献1李敏, 李惠东, 李惠琪,等. 等离子体表面改性技术的发展J. 金属热处理, 2004, 29(7): 5-9.2胡传炘, 宋幼慧. 涂层技术原理及应用M. 化学工业出版社, 2000, 251-259.3杨洪伟, 栾伟玲, 涂善东. 等离子喷涂技术的新进展J. 表面技术, 2005, 34(6): 7-10.4赵章吉, 任保臣. 等离子弧表面淬火技术及其应用J. 机械制造, 2008, 46(527): 33-34.5刘邦武, 张丽民, 李惠琪,等. 等离子熔覆铁基涂层开裂行为研究J. 材料科学与工艺, 2007, 15(4): 545-547.6Meng Yan, Hu Hanqi. In situ laser coating of TiC metal-matrix composite layerJ.Journal of Materials Science, 1996, 31, 6: 4304-4306.7蔡利芬, 张永忠, 席明哲,等. 原位合成法在材料制备中的应用及进展J. 金属热处理, 2005, 30(10): 1-5.8王庆平, 姚明, 陈刚.反应生成金属基复合材料制备方法的研究进展. J.江苏大学学报(自然科学版), 2003, 24(3): 57-60.9S. C. Tjong, Z. Y. Ma. Microstructural and mechanical characteristics of in situ metal matrix compositesJ. Materials Science and Engineering, 2000, 29: 49-113.10Wang zhenting,Zhou xiaohui,Zhao guogang. Microstructure and formation mechanism of in situ TiC-TiB2/Fe composite coatingJ. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2008 (18): 831-835.11张志强. 金属基复合材料制备技术及发展J. 机械工程师, 2006 (2): 32-35.12田丰, 赵程, 彭红瑞,等. 金属材料表面熔覆方法的研究进展J. 青岛化工学院学报, 2002, 23(3): 50-53.13张志强. Fe-Ti-B4C体系SHS反应制备TiC-TiB2局部增强低Cr钢基复合材料D: 硕士学位论文. 辽宁, 吉林大学, 2006.14刘家浚, 李诗卓, 周平安,等. 材料磨损原理及其耐磨性M. 北京, 清华大学出版社. 1993: 127-137.15赵程, 田丰, 侯俊英. 等离子弧金属表面熔覆处理的研究. 金属热处理, 2002, 27(2): 3-5.16何奖爱, 王玉纬. 材料磨损与耐磨材料M. 沈阳:东北大学